JP3477330B2 - Ultrasonic generator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、被試験体に超音波
を伝播させて非破壊検査を行う際に用いられる超音波発
生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic wave generator used when a non-destructive inspection is carried out by propagating ultrasonic waves to an object to be tested.
【０００２】[0002]
【従来の技術】プラント製品等の被試験体内部に超音波
を伝播させ、被試験体内部からの反射波をその表面で観
測することによって被試験体内部のきずを非破壊で検査
する超音波探傷方法が広く用いられている。2. Description of the Related Art Ultrasonic waves for non-destructively inspecting flaws inside a test object by propagating ultrasonic waves inside the test object such as a plant product and observing reflected waves from the inside of the test object on its surface. The flaw detection method is widely used.
【０００３】上記したプラント製品の非破壊検査に適用
される従来の超音波発生装置を図４、図５を用いて説明
する。図４は、パルスレーザ光照射によるアブレーショ
ン効果を用いた超音波発生装置である。図４に示すよう
に、パルスレーザ光源１から、数１０〜数ｎｓｅｃ幅の
パルスレーザ光３を発生させる。このパルスレーザ光３
のエネルギーは、被試験体５の破壊しきい値よりも大き
い値を取るように設定されている。A conventional ultrasonic generator applied to the above-mentioned nondestructive inspection of plant products will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 shows an ultrasonic wave generator using the ablation effect of pulsed laser light irradiation. As shown in FIG. 4, the pulse laser light source 1 generates the pulse laser light 3 having a width of several tens to several nsec. This pulsed laser light 3
Is set so as to take a value larger than the destruction threshold of the device under test 5.
【０００４】このパルスレーザ光源１から発生したパル
スレーザ光３は、ミラー２で反射して被試験体５に到達
する。この被試験体５の表面では、上記したようにパル
スレーザ光３のエネルギーが被試験体５の破壊しきい値
より大きいため、数μｍ以下の表層が吹き飛ぶ。すなわ
ち被試験体５表面にアブレーションが発生するため、そ
の反作用として超音波、特に縦波が、この被試験体５の
表面に対して垂直方向に発生する。この超音波の反射波
の強度等の変化を観測することにより、被試験体の非破
壊検査を行う。The pulsed laser light 3 generated from the pulsed laser light source 1 is reflected by the mirror 2 and reaches the device under test 5. Since the energy of the pulsed laser light 3 is larger than the destruction threshold of the DUT 5 on the surface of the DUT 5 as described above, the surface layer of several μm or less is blown off. That is, since ablation occurs on the surface of the DUT 5, ultrasonic waves, particularly longitudinal waves, are generated as a reaction thereof in a direction perpendicular to the surface of the DUT 5. A non-destructive inspection of the DUT is performed by observing changes in the intensity of the reflected waves of the ultrasonic waves.
【０００５】図５は、パルスレーザ光照射による熱弾性
効果を用いた超音波発生装置を示す図である。上記図４
に示したパルスレーザ光源１と同様の光源を用いるが、
このパルスレーザ光３のエネルギーは、被試験体５の破
壊しきい値よりも小さく設定されている。FIG. 5 is a diagram showing an ultrasonic wave generator using the thermoelastic effect of pulsed laser light irradiation. Figure 4 above
A light source similar to the pulsed laser light source 1 shown in is used,
The energy of the pulsed laser light 3 is set to be smaller than the destruction threshold of the DUT 5.
【０００６】上記図４で説明した場合と同様に、パルス
レーザ光源１から発生したパルスレーザ光３は、ミラー
２で反射して被試験体５に到達する。この場合、上記し
たようにパルスレーザ光３のエネルギーが被試験体５の
破壊しきい値より小さいため、パルスレーザ光３のエネ
ルギーは被試験体５の表面で吸収され熱となり、熱膨張
が発生し、この膨脹・収縮の過程が音源となり超音波が
発生する。この過程は熱弾性と呼ばれ、上記図４で示し
た装置に比較して被試験体５表面の損傷は無いが、超音
波の発生強度は低く、また多方向に同程度の強度で発生
する。As in the case described with reference to FIG. 4, the pulsed laser light 3 generated from the pulsed laser light source 1 is reflected by the mirror 2 and reaches the device under test 5. In this case, since the energy of the pulsed laser light 3 is smaller than the destruction threshold of the DUT 5 as described above, the energy of the pulsed laser light 3 is absorbed by the surface of the DUT 5 and becomes heat, which causes thermal expansion. However, the process of expansion and contraction serves as a sound source to generate ultrasonic waves. This process is called thermoelasticity, and there is no damage on the surface of the DUT 5 as compared with the device shown in FIG. 4, but the generation intensity of ultrasonic waves is low, and the ultrasonic waves are generated with similar intensity in multiple directions. .
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の超音波
発生装置では、より確実な非破壊検査の実施のため強い
垂直方向に発生する超音波を得ようとすると、図４を用
いて説明したように被試験体５表面の損傷を誘起してい
た。また、この損傷を避けるためにパルスレーザ光３の
エネルギー強度を下げると、図５を用いて説明したよう
に垂直方向に発生する超音波成分が弱くなる上、多種の
超音波が発生するため、この超音波を観測する際の超音
雑音の発生する原因となっていた。In the conventional ultrasonic generator described above, an attempt is made to obtain an ultrasonic wave generated in a strong vertical direction in order to carry out a more reliable nondestructive inspection, which has been described with reference to FIG. Thus, damage on the surface of the device under test 5 was induced. Further, if the energy intensity of the pulsed laser beam 3 is reduced to avoid this damage, the ultrasonic wave component generated in the vertical direction becomes weaker as described with reference to FIG. 5, and various ultrasonic waves are generated. This has been a cause of generation of ultrasonic noise when observing this ultrasonic wave.
【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、アブレーションに
よる被試験体表面の損傷を招くことなく、被試験体表面
に対して垂直方向に強い超音波を発生可能な超音波発生
装置を提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to prevent the surface of a test object from being damaged by ablation without causing damage to the surface of the test object. An object of the present invention is to provide an ultrasonic wave generator capable of generating a sound wave.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の超音波発生装置
は、被試験体に伝播すべき超音波の波長以下の厚さを有
し、該被試験体の表面に接触配置された薄板と、この薄
板にパルス光又は強度変調光を照射する光照射手段とを
具備してなり、前記パルス光又は振幅変調光の照射によ
るアブレーション効果により前記薄板に超音波を発生
し、該超音波を前記被試験体に伝播させることを特徴と
する。An ultrasonic generator of the present invention comprises a thin plate having a thickness equal to or less than the wavelength of ultrasonic waves to be propagated to an object to be tested and arranged in contact with the surface of the object to be tested. And a light irradiation means for irradiating the thin plate with pulsed light or intensity-modulated light, and ultrasonic waves are generated in the thin plate by an ablation effect by irradiation of the pulsed light or amplitude-modulated light. It is characterized in that it is propagated to the device under test.
【００１０】上記薄板は、被試験体と同一又は近似した
音響的性質を有するものが望ましい。本発明の超音波発
生装置によれば、以下に示す作用・効果を有する。It is desirable that the thin plate have acoustic properties that are the same as or similar to those of the device under test. The ultrasonic generator of the present invention has the following actions and effects.
【００１１】パルス光又は強度変調光が薄板に照射され
ると、この薄板の表面においてアブレーション効果によ
る超音波が発生する。この超音波は薄板の表面から被試
験体との接触面まで伝播し、この接触面を通過して被試
験体に伝えられる。When the thin plate is irradiated with the pulsed light or the intensity-modulated light, ultrasonic waves due to the ablation effect are generated on the surface of the thin plate. This ultrasonic wave propagates from the surface of the thin plate to the contact surface with the test object, passes through this contact surface, and is transmitted to the test object.
【００１２】このようにパルス光又は強度変調光を直接
被試験体に照射することなく薄板に照射し、この薄板表
面で超音波を発生させ、発生した超音波を被試験体に伝
えることで、被試験体の損傷を招くことがない。By irradiating the thin plate with the pulsed light or the intensity-modulated light without directly irradiating the test object, ultrasonic waves are generated on the surface of the thin plate and the generated ultrasonic waves are transmitted to the test object. Does not cause damage to the device under test.
【００１３】また、薄板の板厚を発生させる超音波の波
長以下とすることにより、薄板伝播中における超音波の
減衰を招くことなく、被試験体の垂直方向に強い超音波
を発生させることができる。Further, by setting the thickness of the thin plate to be equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave for generating the thickness, it is possible to generate a strong ultrasonic wave in the vertical direction of the DUT without causing attenuation of the ultrasonic wave during propagation of the thin plate. it can.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。
（第１実施形態）図１（ａ）は、本発明の第１実施形態
に係る超音波発生装置を示す斜視図、図１（ｂ）は、同
図（ａ）における超音波発生装置のＡ−Ａ´断面図であ
る。図１（ａ）に示すように本実施形態の超音波発生装
置は、パルスレーザ光３の発生源であるパルスレーザ光
源１（例えばＱスイッチ付ＹＡＧレーザ）、このパルス
レーザ光３を反射させるミラー２、また被試験体５に接
触配置し、発生した超音波を被試験体５に伝播させる薄
板４ａから構成される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 (a) is a perspective view showing an ultrasonic wave generator according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is an ultrasonic wave generator A shown in FIG. 1 (a). It is a -A 'sectional view. As shown in FIG. 1A, the ultrasonic wave generating device of the present embodiment includes a pulse laser light source 1 (for example, a YAG laser with a Q switch) that is a generation source of the pulse laser light 3, and a mirror that reflects the pulse laser light 3. 2. The thin plate 4a is disposed in contact with the DUT 5 and propagates the generated ultrasonic wave to the DUT 5.
【００１５】この薄板４ａには、被試験体５と音響的に
同質または近似した、すなわち同質または近似した材料
でできたものを用いることで、薄板４ａから被試験体５
に超音波が伝播する際に反射波が発生しないようにして
ある。またこの薄板４ａの板厚は、発生する超音波の波
長以下とし、アブレーションにより生じた超音波が減衰
せずに伝播し、被試験体５との接触面（以下、探傷面と
称する）を通過していくようにしてある。また、上記パ
ルスレーザ光３のエネルギー強度は、薄板４ａの表面を
吹き飛ばす程度、すなわちアブレーションが生じる程度
に調節されている。The thin plate 4a is made of a material that is acoustically similar to or similar to the object 5 to be tested, that is, made of a material similar or similar to the material to be tested 5.
It is designed so that reflected waves do not occur when ultrasonic waves propagate. The thickness of the thin plate 4a is not more than the wavelength of the generated ultrasonic wave, and the ultrasonic wave generated by ablation propagates without being attenuated and passes through the contact surface with the DUT 5 (hereinafter referred to as a flaw detection surface). I am trying to do it. Further, the energy intensity of the pulsed laser light 3 is adjusted to such a degree that the surface of the thin plate 4a is blown off, that is, to the extent that ablation occurs.
【００１６】上記実施形態の動作を以下説明する。パル
スレーザ光源１から発生したパルスレーザ光３は、ミラ
ー２により反射されて薄板４ａの表面に照射される。図
１（ｂ）に示すように、このレーザ光照射により薄板４
ａの表面でアブレーションが発生し、薄板４ａの数μｍ
以下の表層が吹き飛ぶため、その反作用として超音波、
特に縦波が、この薄板４ａの表面に対して垂直方向に発
生する。この発生した超音波は薄板４ａを伝播して探傷
面に到達し、被試験体５を伝播する。上記超音波は探傷
面と反対側の界面（以下、底面と称する）に到達し、反
射する。この反射した超音波を検出し、その反射波を測
定する。The operation of the above embodiment will be described below. The pulsed laser light 3 generated from the pulsed laser light source 1 is reflected by the mirror 2 and applied to the surface of the thin plate 4a. As shown in FIG. 1B, the thin plate 4 is irradiated by this laser light irradiation.
Ablation occurs on the surface of a and the thin plate 4a has a thickness of several μm.
As the surface layer below blows off, the reaction is ultrasonic waves,
In particular, longitudinal waves are generated in the direction perpendicular to the surface of this thin plate 4a. The generated ultrasonic waves propagate through the thin plate 4a, reach the flaw detection surface, and propagate through the DUT 5. The ultrasonic waves reach an interface on the side opposite to the flaw detection surface (hereinafter referred to as the bottom surface) and are reflected. The reflected ultrasonic wave is detected and the reflected wave is measured.
【００１７】ここで、被試験体５にきずが無い場合、上
記反射時間は一定であることからきずが無いことを確認
できる。一方、被試験体５にきずがある場合、被試験体
５中を伝わる超音波はきずにより反射されるため、きず
のない場合と比較して、探傷面から発したパルス光３が
同じく探傷面にもどるまでの光路が短くなり、一定であ
った反射波に変化が生じる。この反射波の変化を観測す
ることにより、被試験体５中にきずがあることが確認で
きる。Here, when there is no flaw on the test object 5, it can be confirmed that there is no flaw because the reflection time is constant. On the other hand, when the DUT 5 has a flaw, the ultrasonic wave propagating through the DUT 5 is reflected by the flaw, so that the pulsed light 3 emitted from the flaw detection surface is the same as that in the case where there is no flaw. The optical path until returning is shortened, and the constant reflected wave changes. By observing this change in the reflected wave, it can be confirmed that the test object 5 has a flaw.
【００１８】上記したように被試験体５に直接パルスレ
ーザ光３を照射せずに薄板４ａに照射し、この薄板４ａ
上で超音波を発生させるため、被試験体５を損傷するこ
となく、かつエネルギー強度の高いパルスレーザ光を用
いるため、被試験体５の表層と垂直方向の強い超音波を
伝播させることができる。As described above, the pulse laser beam 3 is not directly applied to the DUT 5 but is applied to the thin plate 4a.
Since ultrasonic waves are generated above, pulsed laser light with high energy intensity is used without damaging the DUT 5, and thus strong ultrasonic waves in a direction perpendicular to the surface layer of the DUT 5 can be propagated. .
【００１９】（第２実施形態）図２（ａ）は、本発明の
第２実施形態に係る超音波発生装置を示す斜視図、図２
（ｂ）は、図２（ａ）における超音波発生装置のＡ−Ａ
´断面図である。図２（ａ）に示すように、本実施形態
の超音波発生装置は、パルスレーザ光を発生させるパル
スレーザ光源１、このパルスレーザ光３を被試験体５に
照射するためのミラー２については上記第１実施形態に
おけるものと同一である。また、発生した超音波を被試
験体５に伝播させる薄板として、図２（ｂ）に示すよう
なくぼみを持たせたものを用いる。(Second Embodiment) FIG. 2 (a) is a perspective view showing an ultrasonic wave generator according to a second embodiment of the present invention.
(B) is AA of the ultrasonic generator in FIG.
′ It is a cross-sectional view. As shown in FIG. 2A, the ultrasonic wave generating device of the present embodiment has a pulse laser light source 1 for generating pulsed laser light and a mirror 2 for irradiating the pulse laser light 3 to the DUT 5. It is the same as in the first embodiment. Further, as a thin plate for propagating the generated ultrasonic waves to the DUT 5, a thin plate having a recess as shown in FIG. 2B is used.
【００２０】この薄板４ｂは、被試験体５と音響的に同
質のものを用い、その板厚を発生する超音波の波長以下
とする点及びパルスレーザ光３のエネルギー強度を薄板
４ｂの表面を吹き飛ばす程度に設定する点においては、
上記第１実施形態に用いる場合と同様である。The thin plate 4b is made of the same acoustic material as the object 5 to be tested, and the thickness of the thin plate 4b is equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave to be generated and the energy intensity of the pulsed laser light 3 is measured on the surface of the thin plate 4b. In terms of setting to blow away,
This is similar to the case of using the first embodiment.
【００２１】上記実施形態の動作を以下説明する。な
お、本実施形態において、レーザ光発生から薄板４ｂ表
面に超音波が発生するまでの動作は上記第１実施形態と
同様であるので省略する。The operation of the above embodiment will be described below. In the present embodiment, the operation from the generation of laser light to the generation of ultrasonic waves on the surface of the thin plate 4b is the same as that in the first embodiment, and therefore its explanation is omitted.
【００２２】図２（ｂ）に示すように、薄板４ｂを伝播
する超音波は、探傷面に到達する。ここで、薄板４ｂに
はくぼみが設けてあり、そのくぼみの凸部分から被試験
体５に超音波が伝播する。すなわち、くぼみを設けるこ
とにより接触面が限定され、その接触した凸部分のみか
らしか超音波は伝播しない。このため、パルスレーザ光
３のビーム径以下の部分に選択的に超音波を発生させる
ことが可能である。また、このくぼみの形状を変形する
ことにより、音響光学的に求めうる超音波の強度指向性
等を制御することも可能となる。As shown in FIG. 2B, the ultrasonic waves propagating through the thin plate 4b reach the flaw detection surface. Here, the thin plate 4b is provided with a recess, and an ultrasonic wave propagates from the convex portion of the recess to the test object 5. That is, the contact surface is limited by providing the depression, and the ultrasonic wave propagates only from the contacting convex portion. Therefore, it is possible to selectively generate ultrasonic waves in a portion having a beam diameter of the pulsed laser light 3 or less. Further, by deforming the shape of the depression, it is possible to control the intensity directivity of the ultrasonic wave which can be obtained acousto-optically.
【００２３】（第３実施形態）図３（ａ）は、本発明の
第３実施形態に係る超音波発生装置を示す斜視図、図３
（ｂ）は、図３（ａ）における被試験体のＡ−Ａ´断面
図である。図３（ａ）には示していないが、パルスレー
ザ光３を発生させるパルスレーザ光源１、ミラー２につ
いては上記第２実施形態におけるものと同一である。ま
た、発生した超音波を被試験体に伝播させる薄板とし
て、図３（ｂ）に示すようなくぼみを持たせたもので、
かつこのくぼみがアレイ状に設けられている。(Third Embodiment) FIG. 3A is a perspective view showing an ultrasonic wave generator according to a third embodiment of the present invention.
3B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the device under test in FIG. Although not shown in FIG. 3A, the pulse laser light source 1 for generating the pulse laser light 3 and the mirror 2 are the same as those in the second embodiment. Further, as a thin plate for propagating the generated ultrasonic waves to the test object, a thin plate having a depression as shown in FIG.
Moreover, the depressions are provided in an array.
【００２４】パルスレーザ光３は、薄板４ｃの表面に照
射され、この薄板４ｃに設けられた複数のくぼみの凸部
分から被試験体５に超音波が伝わる。すなわち、くぼみ
を複数設けることにより、限定された接触面が複数にな
るため、超音波の強度や指向性を容易に制御することが
可能となる。なお、上記実施形態ではパルスレーザ光を
用いたが、強度変調光を用いてもよい。The pulsed laser light 3 is applied to the surface of the thin plate 4c, and ultrasonic waves are transmitted to the DUT 5 from the convex portions of the plurality of depressions provided in the thin plate 4c. That is, by providing a plurality of indentations, a plurality of limited contact surfaces are provided, so that it is possible to easily control the intensity and directivity of ultrasonic waves. Although pulsed laser light is used in the above embodiment, intensity modulated light may be used.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
板上で超音波を発生させるため、レーザ光により被試験
体を損傷することなく、また、薄板伝播中に超音波が減
衰することなく、被試験体に対して垂直方向に強い超音
波を発生させることができる。As described above, according to the present invention, since the ultrasonic wave is generated on the thin plate, the ultrasonic wave is not damaged by the laser beam and the ultrasonic wave is attenuated during the propagation of the thin plate. Instead, it is possible to generate a strong ultrasonic wave in the direction perpendicular to the DUT.
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波発生装置を
示す図。FIG. 1 is a diagram showing an ultrasonic wave generation device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２実施形態に係る超音波発生装置を
示す図。FIG. 2 is a diagram showing an ultrasonic wave generation device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３実施形態に係る超音波発生装置を
示す図。FIG. 3 is a diagram showing an ultrasonic wave generation device according to a third embodiment of the present invention.
【図４】従来のアブレーション効果を用いた超音波発生
装置を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a conventional ultrasonic generator using an ablation effect.
【図５】従来の熱弾性効果を用いた超音波発生装置を示
す図。FIG. 5 is a diagram showing an ultrasonic wave generator using a conventional thermoelastic effect.
１ パルスレーザ光源 ２ ミラー ３ パルスレーザ光 ４ａ，４ｂ，４ｃ 薄板 ５ 被試験体 1 pulse laser light source 2 mirror 3 pulse laser light 4a, 4b, 4c thin plate 5 DUT
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 敏文 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (56)参考文献 特開 平４−1470553（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−223730（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 29/00 B06B 3/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshifumi Kudo 2-1-1, Niihama, Arai-cho, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Research Laboratory (56) Reference JP-A-4-1470553 (JP, A) Kaihei 5-223730 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 29/00 B06B 3/00
Claims (3)
厚さを有し、該被試験体の表面に接触配置された薄板
と、この薄板にパルス光又は強度変調光を照射する光照
射手段とを具備してなり、 前記パルス光又は振幅変調光の照射によるアブレーショ
ン効果により前記薄板に超音波を発生し、該超音波を前
記被試験体に伝播させることを特徴とする超音波発生装
置。1. A thin plate having a thickness equal to or less than a wavelength of an ultrasonic wave to be propagated to a device under test and arranged in contact with a surface of the device under test, and the thin plate is irradiated with pulsed light or intensity modulated light. An ultrasonic wave characterized by comprising a light irradiation means, which generates ultrasonic waves in the thin plate by an ablation effect by irradiation of the pulsed light or amplitude-modulated light and propagates the ultrasonic waves to the test object. Generator.
記薄板を前記被試験体に部分的に接触させた状態で前記
超音波を伝播させることを特徴とする請求項１に記載の
超音波発生装置。 2. The thin plate has a convex portion, and the thin plate has a convex portion.
In the state where the thin plate is in partial contact with the DUT,
The ultrasonic wave is propagated according to claim 1.
Ultrasonic generator.
られてなることを特徴とする請求項２に記載の超音波発
生装置。 3. The plurality of convex portions are provided on the thin plate in an array.
The ultrasonic wave generator according to claim 2, characterized in that
Raw equipment.
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1996
- 1996-10-30 JP JP28836096A patent/JP3477330B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10128236A (en) | 1998-05-19 |
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